ACS Nano：石墨烯吸收体上的等离激元纳米颗粒，用于宽带高响应率2D/3D光电二极管

成果介绍

为了克服由CIS (CMOS图像传感器)技术的高分辨率趋势导致的像素小型化所导致的图像劣化，需要一种基于与现有器件结构不同增强机制的光电二极管。

有鉴于此，近日，韩国科学技术院Sung-Yool Choi等报道了由金纳米颗粒/单层石墨烯/n型三层MoS₂/p型Si组成的光电二极管，由于2D/3D异质结造成的空间限域的窄耗尽宽度(DW)，实现了28.6 ns/30.4 ns的超快上升/下降时间。为了弥补由于窄DW而导致的低吸光度，在单层石墨烯上引入等离激元金纳米颗粒，揭示了在420-730 nm的光谱范围内宽带增强的EQE平均为187%，在5 nW的520 nm波长下最大EQE达到847%。本文通过多物理场模拟进一步研究了宽带增强，并讨论了石墨烯中的载流子倍增，以解释反向偏置光电二极管超过100%EQE的原因。

图文导读

图1. 器件结构和材料表征。

图2. W/O AuNPs和AuNPs的电流-电压(I-V)特性和器件能带图。

图3. 在520 nm波长激光照射下W/O AuNPs和AuNPs的光电特性。

图4. 波长相关的光电性质。

图5. 在AuNP中增强EQE的机制。

图6. 光电二极管的超快响应时间。

文献信息

Plasmonic Nanoparticles on Graphene Absorber for Broadband High Responsivity 2D/3D Photodiode

(ACS Nano, 2020, DOI:10.1021/acsnano.3c00566)

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c00566